Ποιοτική και ποσοτική σύγκριση ανελαστικών - ασαφούς λογικής αλγορίθμων ταξινόμησης για τη διάκριση βιοφυσικών στοιχείων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων

Abstract

The aim of this thesis was the employment of hard and soft classifiers for land cover/use classification on an area with ecological importance protected by Ramsar Convention (Lake Koronia in Northern Greece), and the use of output thematic maps in the development of new spatially environmental indicators according to DPSIR model proposed by European Environmental Agency. More specifically, four different classification algorithms were used and each one belonged to a different category of classifiers (hard or soft classifiers, parametric or non- parametric classifiers, like neural networks). The use of selected field test sites and confusion matrices resulted in the production of a site specific accuracy assessment for these classifiers. Moreover, using a modified equation of the landscape metric Shannon Eveness’ Index (MSHEI), the homogeneity of classification inside the agriparcels in the agricultural zone of the study area was estimated. The fuzzy neural network SONeFMUC (Self-Organized Neuro Fuzzy Multistage Classifier) performed better than the other algorithms and the output thematic map contributed to the calculation of pressure and state indicators in the area. Three pressure indicators were estimated: the Irrigation Pressure Index, the Fertilization Pressure Index and the Urbanization Pressure Index. An innovative technique for the estimation of these indicators was the use of Edge Contast Index (ECON). ECON was utilized for the calculation of the pressure that is forced on an agriparcel from its adjacent agriparcel. Additionally, an appropriate methodology was applied in the wetland of Koronia in order to evaluate its functions through its basic attributes. These attributes were estimated using image classification and collateral geographic data. The proposed methodology for the calculation of pressure and state indicators could be useful for the selection of appropriate alternative scenarios by the local authorities in order to deal with the environmental problems of the area.

Ο σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη ανελαστικών και ελαστικών μεθόδων για την ταξινόμηση βιοφυσικών στοιχείων μίας οικολογικά ευαίσθητης περιοχής με δορυφορικά δεδομένα όπου το αποτέλεσμα της ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη νέων περιβαλλοντικών χωρικών δεικτών σύμφωνα με το μοντέλο DPSIR που προτείνει η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Περιβάλλοντος. Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις αλγόριθμοι ταξινόμησης που ανήκουν σε διαφορετική κατηγορία ταξινομητών ως προς την απόφαση που παίρνουν για την ταξινόμηση των εικονοστοιχείων (ανελαστικοί - ασαφούς λογικής) και ως προς τον τρόπο εκπαίδευσή τους (παραμετρικοί - μη παραμετρικοί), και εξετάσθηκε η ποσοτική και η ποιοτική τους ακρίβεια. Συγκεκριμένα, μετρήθηκε η ποσοτική ακρίβεια με τη χρήση του πίνακα λαθών (Confusion Matrix), από δεδομένα αναφοράς που συλλέχθηκαν με εργασία πεδίου. Επίσης, για την ποιοτική τους ακρίβεια προτάθηκε η χρησιμοποίηση ενός τροποποιημένου δείκτη τοπίου, του Shannon Evenness’ Index, ο οποίος συνέβαλλε στην εκτίμηση της ομοιομορφίας της ταξινόμησης μέσα στα αγροτεμάχια της αγροτικής ζώνης της περιοχής μελέτης. Η έρευνα έδειξε ότι τα συγκριτικά καλύτερα αποτελέσματα έδωσε το ασαφές νευρωνικό δίκτυο SONeFMUC (Self-Organized Neuro Fuzzy Multistage Classifier), όπου ο παραγόμενος θεματικός χάρτης χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό δεικτών πίεσης και κατάστασης. Συγκεκριμένα αναπτύχθηκαν τρεις δείκτες πίεσης: Ο δείκτης άρδευσης Ι.P.I, λίπανσης F.P.I. και οικιστικής ανάπτυξης U.P.I. Ένα καινοτόμο στοιχείο αυτών των δεικτών ήταν ο υπολογισμός του επιμέρους δείκτη τοπίου Edge Contrast Ιndex, ο οποίος υπολογίζει την πίεση που ασκεί κάθε αγροτεμάχιο από τα γειτονικά του, στον υγρότοπο της Κορώνειας, Επίσης, αναπτύχθηκε κατάλληλη μεθοδολογία όπου αξιολογήθηκαν οι λειτουργίες του υγρότοπου μέσω των ιδιοτήτων του, που με τη σειρά τους εκτιμήθηκαν μέσω δεικτών από την ταξινομημένη εικόνα και επιπλέον γεωγραφικά δεδομένα. Η μεθοδολογία η οποία χρησιμοποιήθηκε τόσο για τους δείκτες πίεσης όσο και για τους δείκτες κατάστασης μπορεί να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο στην επιλογή των κατάλληλων εναλλακτικών σεναρίων, ώστε να ληφθούν διαχειριστικά μέτρα αντιμετώπισης των περιβαλλοντικών προβλημάτων που παρουσιάζει ο υγρότοπος της Κορώνειας.